13+分析思路！基于NGS数据研究DNA聚合酶基因突变对癌症突变负荷和预后的影响！

导语

GUIDE ╲

与复制修复相关的DNA聚合酶的缺陷通常表现为超高的肿瘤突变负荷(TMB)，这与对免疫治疗的反应相关。不同聚合酶变异的功能和临床意义仍不清楚。

背景介绍

一些常见的泛癌分析思路都是基于TCGA的表达数据、甲基化数据进行的，从而筛选一些显著的肿瘤标志物，今天小编给大家推荐的文章，作者基于NGS数据，目的是为了研究复制修复相关DNA聚合酶基因中的变异对不同癌症的突变负荷和预后的影响，思路非常新颖，文章发表在《Journal for ImmunoTherapy of Cancer》杂志上，题目为：Additive effects of variants of unknown significance in replication repair-associated DNA polymerase genes on mutational burden and prognosis across diverse cancers.

数据介绍

研究用到了两个独立的不同癌症类型的患者队列。

1、12266个样本的NGS数据。（样本来自多家医院）

2、从TCGA数据库中选择了4679例癌症患者的全外显子组测序数据，进行突变和生存分析

结果解析

01

POL家族变异的患者特征和患病率

作者分析了12266名不同实体肿瘤患者的测序数据，16种主要癌症类型的患者分布情况如图1A所示。首先分析了POLE、POLD1、POLH中体细胞和种系变异的分布情况，如图1B所示。共有526例(4.3%，95%CI3.9%-4.7%)患者在POLE、POLD1、POLH中检测到非同义的体细胞改变或罕见的种系变异，其中大部分患者携带一种以上的POL变异(图1B)。

所有样本的中位肿瘤突变负荷(mTMB)为14.3mut/Mb，其中结直肠癌(61.3mut/Mb)、子宫内膜癌(58.0mut/Mb)和尿癌(37.8mut/Mb)的mTMB最高(图1C)。在409例符合MSI评估的POL变异阳性患者的样本中，90例被归类为MSIhigh，其中25例(27.8%，95%CI18.9%-38.2%)表现为超高突变(图1D)。

图1

02

具有体细胞 POL 有害突变的肿瘤临床和分子特征

聚合酶基因的体细胞变异广泛分布于整个蛋白质编码区域。作者在27例患者中检测到已知的POLE有害突变(图2A)，三个聚合酶基因中共有78个体细胞变异。在驱动阳性肿瘤中，DNA损伤和修复(DDR)通路基因是最重要的突变基因之一，在超过90%的病例中检测到BRCA2、ATM和MSH6的改变(图2A)。与MSI肿瘤相比，10个DDR通路基因的突变在POLE驱动程序中显著富集(图2B)。此外，与超高突变的MSI肿瘤相比，除MLH3外，所有DDR通路基因的突变仍与驱动基因POLE相关(图2B)。比较已知驱动因素和未知意义的变异(VUS)的临床特征，发现POL驱动因素突变与男性性别(图2C)和较年轻的疾病诊断年龄(图2D)强相关。

图2

03

体细胞 VUS 的潜在临床影响

考虑到大量多个POL变异的患者，接下来检验了VUS对TMB有加性效应的假设。在整个研究队列中，携带较高数量POL变异的样本(p<0.001，图3A)或MSS肿瘤患者(p<0.001)中，TMB呈指数级增长。值得注意的是，有3例病例处于MSS状态，没有明确的POLE驱动因素也显示出超高突变，所有这些病例都在至少两个被评估的POL基因中携带多个变异(图3B)。利用一组具有POLE、POLD1、POLH基因变异的TCGA患者队列，作者检测了多个POL变异对患者预后的临床意义。发现受影响的POL基因改变数量增加的患者总生存期更长(图3C)。然而，在多个POL基因受影响的样本中，驱动突变的频率更高(图3D)。

为了排除驱动突变对患者生存的影响，作者仅将 POL+ 样本与 VUS 进行了比较。发现所有三个POL基因均具有 VUS 的患者的总生存期比一个或两个 POL 基因受影响的患者长（图3E），这表明由于多个 POL 基因的同时扰动导致功能补偿的丧失。

图3

04

POL VUS的突变特征

鉴于 POL VUS 在驱动与驱动突变相似的功能和临床方面的潜在附加价值，作者希望比较由于驱动突变、VUS 或 MSI 而显示高 TMB 的 POL + 患者的突变谱和突变特征， 以及 TMB-L 患者的情况。比较是在 CRC 患者中进行的，其中发现了大多数 POLE 驱动突变。与已知的 POLE 驱动突变类似，DDR 通路基因的突变在伴有 POL VUS 的 TMB-H MSS 患者中也很常见，而在 TMB-L 肿瘤中几乎不存在这种情况（图4A）。突变特征的提取显示了与四个不同的组相关的基本不同的模式(图4B，C)。对所有96种可能的三核苷酸背景的突变频率进行更详细的检查显示，在POLE驱动程序中，G(C>A)G和T(T>G)T特征显著富集(图4D)。

图4

05

POL和DDR通路基因突变的预后意义

研究结果显示，DDR通路基因突变与POL变异的外显率之间有很强的相关性。在4679例TCGA患者的队列中，包括11种癌症类型，包括乳腺癌、胃癌、子宫内膜癌和CRCs，作者评估了DDR通路基因改变对POL变异对患者生存的影响。分析的DDR通路基因如图4a所示。POLE/POLD1/POLH的变异代表了一个很强的预后因素(图5A)，有驱动突变的患者比VUS携带者显示出更高的生存概率(图5B)。作者假设DDR通路基因的多次命中对患者生存有类似的叠加影响。与预期的一样，DDR通路中缺陷基因的积累与生存概率的增加相关(log-rankp<0.0001，图5C)。为了验证DDR通路基因对延长癌症患者的生存期具有重要的功能，还测试了不同类型的DDR通路基因改变对患者生存期的影响。事实上，与其他错义突变的患者相比，只有DDR通路基因功能突变缺失的患者的总生存率显著增加(图5D)。

图5

小编总结

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